基于淀粉纳米颗粒与协同乳化效应的纳米图灵结构纳滤膜设计及性能提升研究

本文创新性地利用带负电的淀粉纳米颗粒(SNP)和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)，通过协同乳化效应在油水界面构建"咖啡环"状界面聚合(IP)模板，成功制备出具有纳米图灵结构的聚酰胺(PA)纳滤(NF)膜。该膜表面特殊结构不仅增大了有效过滤面积，其底部纳米空隙还优化了水分子传输路径，使膜在保持98.88%二价盐截留率的同时，水通量达29.97 L·m?2·h?1，Cl?/SO42?离子选择性高达162.6，为高性能NF膜设计提供了新思路。

　　

Highlight

本研究受协同乳化效应启发，采用带负电的淀粉纳米颗粒(SNP)和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)制备了具有纳米图灵结构的纳滤(NF)膜。SNP和SDS在油水界面的协同作用通过强静电排斥形成瞬时稳定的油滴分散体系，由此构建的"环状"界面聚合(IP)模板最终形成了表面具有咖啡环结构的聚酰胺(PA)层。

Materials

聚砜(PSf)基膜由山东招金膜天有限公司提供，玉米淀粉购自上海麦克林生化科技有限公司，SDS、PIP和TMC等化学试剂分别采购自上海阿拉丁生化科技公司和东京化成工业株式会社。

Characterization of SNP

通过SEM和TEM观察到制备的SNP呈近球形颗粒，平均尺寸25纳米（图1b-d）。XRD显示SNP保留了淀粉的结晶特征（图1e），FTIR证实其成功制备（图1f），Zeta电位测试表明SNP带负电（-18.6 mV）。

Conclusions

本工作创新性地利用SNP和SDS在油水界面的静电排斥作用，成功构建了具有咖啡环纳米图灵结构的PA层。实验发现0.02% SNP浓度下制备的NF膜具有最薄的PA有效厚度和最佳润湿性，展现出29.97 L·m^?2·h^?1的高水通量和98.88%的二价盐截留率，Cl^?/SO₄^2?离子选择性达162.6。该研究通过分析油水二维界面揭示了咖啡环结构的形成机制，为制备具有规则图案的PA纳滤膜提供了新方向。